JP5680526B2 - 風力発電用風車の衝撃荷重監視システム及び衝撃荷重監視方法 - Google Patents
風力発電用風車の衝撃荷重監視システム及び衝撃荷重監視方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5680526B2 JP5680526B2 JP2011290002A JP2011290002A JP5680526B2 JP 5680526 B2 JP5680526 B2 JP 5680526B2 JP 2011290002 A JP2011290002 A JP 2011290002A JP 2011290002 A JP2011290002 A JP 2011290002A JP 5680526 B2 JP5680526 B2 JP 5680526B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impact load
- power generation
- acceleration
- wind
- wind power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
- G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Description
しかしながら、LLJによるウインドシアの発生により、風車の下方のブレードに衝突する風のエネルギよりも上方のブレードに衝突する風のエネルギが大きくなり、主軸のロータヘッド側には、上方に向かうモーメント(風モーメント)が作用する。
主軸のロータヘッド側が落下した際、主軸の周辺装置、則ち、主軸を支持する主軸受や主軸に連結された増速機に衝撃荷重が加わる。衝撃荷重が繰り返し加わると、主軸受や増速機の歯車において、損傷が生じる虞がある。そこで、主軸の周辺装置に加わる衝撃荷重を監視することは重要である。
本発明は、風力発電用風車の主軸の周辺機構に取り付けられる加速度センサと、前記加速度センサによって得られる加速度の振幅の時間変化を示す振動データから、監視対象の周波数領域に含まれる監視対象成分を抽出する周波数フィルタと、前記監視対象成分の加速度の振幅を予め設定された基準値と比較し、前記加速度の振幅が前記基準値を超えているか否かを判定する判定装置と、を備えることを特徴とする風力発電用風車の衝撃荷重監視システムを提供する。
衝撃荷重は、周波数軸上では全ての周波数成分を含むため、衝撃荷重によって、周辺装置の固有振動が一時的に強く励起される。このため、瞬間的に、固有振動の加速度の振幅が大きくなる。
かくして、この風力発電用風車の衝撃荷重監視システムによれば、主軸の周辺装置に衝撃荷重が加わったか否かを判定することができ、判定結果に応じて適切な対応をとることができる。
主要な周辺装置の固有振動数は200Hz以下の範囲内にある。このため、この構成によれば、主要な周辺装置に衝撃荷重が加わったか否かを判定することができ、判定結果に応じて適切な対応をとることができる。
この構成によれば、増速機に対し衝撃荷重が加わったか否かを判定することができ、判定結果に応じて適切な対応をとることができる。
この構成によれば、主軸受に対し衝撃荷重が加わったか否かを判定することができ、判定結果に応じて適切な対応をとることができる。
この構成によれば、累積回数に応じて、適切な対応をとることができる。
衝撃荷重は、周波数軸上では全ての周波数成分を含むため、衝撃荷重によって、周辺装置の固有振動が一時的に強く励起される。このため、瞬間的に、固有振動の加速度の振幅が大きくなる。
かくして、この風力発電用風車の衝撃荷重監視方法によれば、簡単な構成にて、主軸の周辺装置に衝撃荷重が加わったか否かを判定することができ、判定結果に応じて適切な対応をとることができる。
図1は、風力発電用風車10の概略的な構成を示す図である。
風力発電用風車10は、例えば地面に立てられたタワー12を備える。タワー12の上には、ナセル14が設置されている。ナセル14の内部には、シャフト15を介して相互に連結された発電機16及び増速機18が設置され、増速機18には主軸20の一端が連結されている。増速機18は、例えば遊星歯車機構からなる。
主軸20の先端には、ロータヘッド24が固定され、ロータヘッド24には、例えば3つのブレード(翼)26が放射状に取り付けられている。つまり、この風力発電用風車10は、揚力水平軸型のプロペラ風車である。
風力発電用風車10に適用される第1実施形態の衝撃荷重監視システムは、図2に示したように、ナセル14内に配置された加速度センサ(加速度ピックアップ)28、周波数フィルタ30及び判定装置32を有する。ただし、周波数フィルタ30及び判定装置32は、ナセル14の外部に配置されていてもよい。
そして、好ましくは、判定装置32は、加速度の振幅が基準値を超えた回数を例えば年単位で数え、数えた回数を衝撃荷重の年ごとの累積回数として出力する。判定装置32の出力は、例えば、風力発電用風車10の管理センタに通信回線を通じて送信される。
図3は、風力発電用風車10におけるウインドシアによる衝撃荷重の発生メカニズムを説明するための図である。図3(a)は、LLJが吹いていない状態の自重モーメント(W・L)の方向を示しており、図3(c)は、LLJが吹いている状態での自重モーメント及び風モーメントMw(=F・L)の方向を示しており、図3(b)は、LLJが吹いている場合と吹いていない場合の水平方向の風速の鉛直方向での分布を示している。
なおLは、ロータヘッド24の重心と主軸受22の間の距離であり、風モーメントMwは、次式(1)に示すように、密度ρと風速v(z)の二乗と高さ方向位置zの積を高さ方向に積分した値に比例する。
それから、図5(b)に示したように主軸20の先端側が落下すると、主軸20は主軸受22に衝突して衝撃荷重を加え、また、増速機18では遊星歯車がリングギアに衝突して衝撃荷重を加える。
そこで、第1実施形態の衝撃荷重監視システムは、固有振動の励起を監視することで、周辺装置に衝撃荷重が加わったか否かを判定する。
判定装置32は、監視対象成分において、加速度の振幅を基準値と比較する。そして、本実施形態では、判定装置32は、図9に示したように、加速度の振幅が基準値を超えた回数を1年間に渡って数え、数えた結果を年ごとに累積回数として出力する。
以下、第2実施形態の衝撃荷重監視システムについて、図面を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一又は類似の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第2実施形態の衝撃荷重監視システムは、図10に示したように、加速度センサ28が主軸受22に取り付けられている点においてのみ、第1実施形態と異なる。
第2実施形態の衝撃荷重監視システムによれば、主軸受22に対し衝撃荷重が加わったか否かを判定することができ、判定結果に応じて適切な対応をとることができる。
例えば、上述した第1実施形態及び第2実施形態では、加速度センサ28が、増速機18及び主軸受22の一方に取り付けられていたが、両方に取り付けられていてもよい。つまり加速度センサ28の数は1つに限定されることはない。
また、上述した第1実施形態及び第2実施形態において、判定装置32は、図11に示したように、日又は月ごとに、加速度の振幅が基準値を超えた回数を数え、数えた結果を日又は月ごとの累積回数として出力してもよい。つまり、加速度の振幅が基準値を超えた回数を数える期間は、特に限定されない。また、期間を限定せずに加速度の振幅が基準値を超えた回数を数え、数えた結果(通算累積回数)が予め設定された基準値を超えたときに、通算累積回数が基準値を超えたことを知らせる信号(警報)を出力してもよい。
12 タワー
14 ナセル
16 発電機
18 増速機
20 主軸
22 主軸受
24 ロータヘッド
26 ブレード
28 加速度センサ
30 周波数フィルタ
32 判定装置
Claims (6)
- 風力発電用風車の主軸の周辺機構に取り付けられる加速度センサと、
前記加速度センサによって得られる加速度の振幅の時間変化を示す振動データから、監視対象の周波数領域に含まれる前記周辺機構の固有振動に係る監視対象成分を抽出する周波数フィルタと、
前記監視対象成分の加速度の振幅を予め設定された基準値と比較し、前記加速度の振幅が前記基準値を超えているか否かを判定する判定装置と、
を備えることを特徴とする風力発電用風車の衝撃荷重監視システム。 - 前記監視対象の周波数領域は200Hz以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の風力発電用風車の衝撃荷重監視システム。 - 前記加速度センサは、前記主軸に連結された増速機に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の風力発電用風車の衝撃荷重監視システム。 - 前記加速度センサは、前記主軸を支持する主軸受に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の風力発電用風車の衝撃荷重監視システム。 - 前記判定装置は、前記加速度の振幅が前記基準値を超えた回数を出力する、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の風力発電用風車の衝撃荷重監視システム。 - 風力発電用風車の主軸の周辺機構に加速度センサを取り付ける工程と、
前記加速度センサによって得られる加速度の振幅の時間変化を示す振動データから、監視対象の周波数領域に含まれる前記周辺機構の固有振動に係る監視対象成分を抽出する工程と、
前記監視対象成分の加速度の振幅を予め設定された基準値と比較し、前記加速度の振幅が前記基準値を超えているか否かを判定する工程と、
を備えることを特徴とする風力発電用風車の衝撃荷重監視方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011290002A JP5680526B2 (ja) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | 風力発電用風車の衝撃荷重監視システム及び衝撃荷重監視方法 |
US13/687,679 US8800354B2 (en) | 2011-12-28 | 2012-11-28 | Impact load monitoring system and impact load monitoring method for wind turbine for wind power generation |
CN201210580075.2A CN103185670B (zh) | 2011-12-28 | 2012-12-27 | 风力发电用风车的冲击载荷监视***及冲击载荷监视方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011290002A JP5680526B2 (ja) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | 風力発電用風車の衝撃荷重監視システム及び衝撃荷重監視方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013139732A JP2013139732A (ja) | 2013-07-18 |
JP5680526B2 true JP5680526B2 (ja) | 2015-03-04 |
Family
ID=48676958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011290002A Expired - Fee Related JP5680526B2 (ja) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | 風力発電用風車の衝撃荷重監視システム及び衝撃荷重監視方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8800354B2 (ja) |
JP (1) | JP5680526B2 (ja) |
CN (1) | CN103185670B (ja) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2565442A1 (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-06 | Siemens Aktiengesellschaft | System and method for operating a wind turbine using adaptive reference variables |
DE102011117468B4 (de) * | 2011-11-02 | 2022-10-20 | Weidmüller Monitoring Systems Gmbh | Verfahren, Recheneinheit und Einrichtung zur Überwachung eines Antriebstrangs |
CN103438794B (zh) * | 2013-08-13 | 2016-10-12 | 南京航空航天大学 | 一种基于压电传感网络的工程结构冲击位置确定方法 |
DK3080444T3 (da) * | 2013-12-09 | 2022-06-13 | Gen Electric | System og fremgangsmåde til reducering af oscillationsbelastninger af vindmølle |
DE102015219068B4 (de) * | 2014-10-10 | 2017-10-26 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines Schwertlängslenkers einer Fahrzeugradaufhängung sowie Fahrzeug mit einer Schwertlenkerradaufhängung |
DE102014117915A1 (de) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | fos4X GmbH | Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage, Verfahren zur Eiserkennung an einer Windkraftanlage, Beschleunigungssensor für ein Rotorblatt, Rotorblatt mit Beschleunigungssensor, und Profil für ein Rotorblatt |
DE102014225638A1 (de) * | 2014-12-12 | 2016-06-30 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Windenergieanlage |
JP6639265B2 (ja) * | 2016-02-23 | 2020-02-05 | Ntn株式会社 | 異常診断装置および異常診断方法 |
US11047768B2 (en) | 2016-02-23 | 2021-06-29 | Ntn Corporation | Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method |
JP6639266B2 (ja) * | 2016-02-23 | 2020-02-05 | Ntn株式会社 | 異常診断装置および異常診断方法 |
DE102016203013A1 (de) | 2016-02-25 | 2017-08-31 | Innogy Se | Verfahren zur Schwingungszustandsüberwachung einer Windkraftanlage |
JP2017173076A (ja) | 2016-03-23 | 2017-09-28 | Ntn株式会社 | 状態監視システム及びそれを備える風力発電装置 |
DE112017001631T5 (de) * | 2016-03-30 | 2018-12-13 | Ntn Corporation | Zustandsüberwachungssystem eines Getriebes und Zustandsüberwachungsverfahren |
US10071820B2 (en) * | 2016-09-19 | 2018-09-11 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Inclement weather detection for aircraft engines |
CN106441903B (zh) * | 2016-09-28 | 2018-06-12 | 内蒙古工业大学 | 一种水平轴复合材料风力机叶片动力特性实验研究装置 |
JP7101013B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2022-07-14 | Ntn株式会社 | 風力発電所の監視システム |
CN110617184B (zh) * | 2018-06-20 | 2021-03-09 | 北京金风慧能技术有限公司 | 检测风力发电机组的叶片故障的方法和设备 |
CN110863957A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-06 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及设计方法 |
CN113090458B (zh) * | 2019-12-23 | 2022-04-15 | 江苏金风科技有限公司 | 叶片控制方法和***、控制器及计算机可读存储介质 |
CN115842398B (zh) * | 2023-02-20 | 2023-08-04 | 天津市津安热电有限公司 | 基于能量回收形成的储能器的电量智能供应***及方法 |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1442683A (zh) * | 2003-04-17 | 2003-09-17 | 上海交通大学 | 大型发电机定子绕组端部振动在线监测方法 |
JP4241644B2 (ja) * | 2005-02-28 | 2009-03-18 | 三菱重工業株式会社 | 風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラム |
JP2006342766A (ja) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Mitsubishi Electric Corp | 風力発電設備の監視装置 |
NZ569819A (en) | 2006-01-25 | 2010-07-30 | Vestas Wind Sys As | A wind turbine comprising at least one gearbox and an epicyclic gearbox |
US7708524B2 (en) * | 2006-12-21 | 2010-05-04 | General Electric Company | Method and system for utilizing lateral tower acceleration to detect asymmetric icing |
US8021110B2 (en) * | 2007-01-05 | 2011-09-20 | General Electric Company | Tonal emission control for wind turbines |
CN101226102A (zh) * | 2007-01-15 | 2008-07-23 | 新疆风能有限责任公司 | 变负载机械故障诊断方法 |
JP2008267272A (ja) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 風力発電装置 |
DK200701144A (da) * | 2007-08-13 | 2009-02-14 | Siemens Wind Power As | Monitoring of blade frequencies of a wind turbine |
JP4995134B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2012-08-08 | 三菱重工業株式会社 | 風車の監視装置及び方法並びにプログラム |
JP4939508B2 (ja) | 2008-09-26 | 2012-05-30 | 三菱重工業株式会社 | 風車構造体の応力解析装置及び応力解析プログラム並びに風力発電システム |
DE102008042769A1 (de) * | 2008-10-13 | 2010-04-15 | Robert Bosch Gmbh | Anordnung zur Schwingungsüberwachung eines rotierenden Bauteils |
WO2010046403A2 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-29 | Vestas Wind Systems A/S | A wind turbine and a method for monitoring a wind turbine |
CN102341597A (zh) * | 2009-03-02 | 2012-02-01 | 苏司兰能源有限公司 | 用于监控风力涡轮机的方法 |
US8255173B2 (en) | 2009-04-24 | 2012-08-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Load measuring apparatus, method, and program |
CN201527331U (zh) * | 2009-11-17 | 2010-07-14 | 沈阳华人风电科技有限公司 | 一种双馈风力发电机组的振动实验台 |
TWI404942B (zh) * | 2009-12-10 | 2013-08-11 | Ind Tech Res Inst | 扭轉共振頻率測量裝置及方法 |
JP5574363B2 (ja) * | 2010-03-05 | 2014-08-20 | Ntn株式会社 | 軸受の異常検出装置および異常検出方法 |
EP2585716B1 (en) * | 2010-06-28 | 2020-08-19 | Vestas Wind Systems A/S | A method for performing condition monitoring in a wind farm |
JP5693102B2 (ja) * | 2010-08-31 | 2015-04-01 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置の異常振動検出装置 |
CN201820109U (zh) * | 2010-09-17 | 2011-05-04 | 济南轨道交通装备有限责任公司 | 风力发电机组试验台用在线状态监测*** |
DE102010053523B4 (de) * | 2010-12-04 | 2015-09-10 | Nordex Energy Gmbh | Verfahren zur Überwachung einer statischen und/oder dynamischen Stabilität einer Windenergieanlage |
-
2011
- 2011-12-28 JP JP2011290002A patent/JP5680526B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-11-28 US US13/687,679 patent/US8800354B2/en active Active
- 2012-12-27 CN CN201210580075.2A patent/CN103185670B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8800354B2 (en) | 2014-08-12 |
US20130167624A1 (en) | 2013-07-04 |
JP2013139732A (ja) | 2013-07-18 |
CN103185670B (zh) | 2015-09-30 |
CN103185670A (zh) | 2013-07-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5680526B2 (ja) | 風力発電用風車の衝撃荷重監視システム及び衝撃荷重監視方法 | |
US7922448B2 (en) | Differential vibration control for wind turbines | |
DK177922B1 (en) | Method and system for monitoring wind turbine | |
EP3440348B1 (en) | Method and system for controlling a wind turbine to manage edgewise blade vibrations | |
EP2588755B1 (en) | Calibration of wind turbine sensor | |
US9133828B2 (en) | Method and system for determining a mass change at a rotating blade of a wind turbine | |
JP5033033B2 (ja) | 水平軸風車の乱流強度計測方法 | |
KR101288329B1 (ko) | 풍력발전기 모니터링 장치 | |
US11092135B2 (en) | Damping of edgewise wind turbine blade vibrations | |
EP3710696B1 (en) | Detection of oscillating movement of a wind turbine | |
CA2858702C (en) | Methods and systems for detecting wind turbine rotor blade damage | |
EP3043062A1 (en) | Status monitoring device for wind power generation device | |
EP2952860B1 (en) | System and method for protecting rotary machines | |
US9422917B2 (en) | Safety system for a wind turbine | |
JP6352778B2 (ja) | 浮体式風力発電装置及びその運転方法 | |
EP2798325B1 (en) | Estimating and controlling loading experienced in a structure | |
Gong | Online nonintrusive condition monitoring and fault detection for wind turbines | |
CN102628834A (zh) | 大型汽轮机叶片断裂故障在线诊断方法 | |
EP3237753B1 (en) | A method of operating a wind turbine | |
Kotulski et al. | Comparison of requirements for vibration-based condition monitoring of a vertical-axis vs. horizontal-axis wind turbine | |
Qiao | Recovery act: online nonintrusive condition monitoring and fault detection for wind turbines | |
Zuo-wei et al. | Amplitude envelope analysis for feature extraction of power plant blower bearing failure | |
Oh | Field measurement of the main shaft dynamic loadings on a fixed-speed active stall controlled 1MW wind turbine | |
Escaler et al. | Statistical analysis of low frequency vibrations in variable speed wind turbines | |
WO2011058063A1 (en) | Method of operating a wind turbine based on turbine blade monitoring |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131129 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140414 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140507 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140704 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20141212 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150107 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5680526 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |